JP2023083610A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠距離と近距離の検出を両立し、近距離の分解能を向上させたレーダ装置を提供すること。【解決手段】本発明に係るレーダ装置１は、電波を用いて物標を検出するレーダ装置であって、第１パルス、並びに第１パルスよりも振幅及びパルス幅が大きい第２パルスを送信する送信部２と、送信部２が送信した第１パルス及び第２パルスの物標による反射波を受信する受信部３と、受信部３が受信した反射波の反射波信号に基づいて物標を検出する検出部４と、を備え、送信部２は、第１パルスの立ち上がり時間が第２パルスの立ち上がり及び立ち下がり時間よりも小さくなるよう、第１パルス及び第２パルスの波形を形成し、且つ、立ち上がり時間が互いに異なる２つの原波形信号を形成するとともに、前記２つの原波形信号をずらして掛け合わせることで前記第１パルスの波形を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置に関する。

近年、例えば自動車用周辺監視、ＡＤＡＳ（先進運転支援システム）等、周辺の物体（物標）を検知するレーダ装置の用途が広がっている。特に自動車用レーダ装置では、遠方の物標の検知を実現しつつ、かつ近傍の物標を検知することも要求されている。自動車用レーダ装置は、近傍の物標の検知においては、例えば衝突防止のために歩行者等の位置を正確に検知することや、駐車時に周囲の障害物の配置を正確に検知することが要求される。遠距離の物標について物標の存在の有無を正確に検知できることが求められる一方で、特に近距離の物標の位置についてはよりその正確な位置と特に最近接点の特定が必要とされる。

自動車用に用いることができるレーダ装置に関して、特許文献１には、パルス幅が小さいパルス信号を送信し、受信側でこのパルス波形の等価サンプリングを行うことによって複数の距離位置（距離ビン）のデータに分解して確認する技術が開示されている。また、特許文献２には、送信側で立ち上がり立ち下がりが高速なパルス信号を形成し、受信側において受信波形の微分値を用いて物標の検知を行う技術が開示されている。さらに、特許文献３には、送信側のパルス幅を十分広い状態としたまま、受信側で送信側のパルス幅より１／１０オーダの極端に狭い振幅変調を行い、かつ受信側のタイミングをシフトさせる技術が開示されている。

特開２０１０－２１６９８０号公報 特開２００２－３６５３６２号公報 特開２０１６－５１６９９５号公報

複数の物標が存在する場合、特にレーダ装置からの複数の物標の距離の差が、レーダ装置での分解能より小さい場合において、これらを分離することがむずかしい。例えば、遠い方の物標の電波反射強度が大きい場合には、近い方の物標の反射波が遠い方の物標の反射波に埋もれることで近い方の物標を分離して検出できなくなる可能性がある。特に、自動車用のレーダ装置による近傍の物標の検知においては、例えば駐車時の障害物検知等、最も近い物標を周辺の影響を受けずに確実に検知し、かつ物標までの距離を正確に検出することが要求されることが多い。

前記特許文献１から３に記載のレーダ装置では、単一のパルスパターン整形をベースとしており、近傍の対象物の飽和回避と遠方の微弱対象物の検出の両立性に関して課題が想定される。

また、送信パルスの立ち上がりを急峻にすることで、微弱対象物の検出を行う事も可能であるが、送信パルスの周波数帯域が広がることとなり、周辺の機器に対する影響が懸念されるため好ましくない。

また、特許文献２、３では、送信パルス幅が立ち上がり時間に対して比較的広く設定されており、車両の近傍に複数の物標が近接して存在する場合に、これら物標の分離、特に遠い方の物標の検知が困難となりうる。

また、特許文献１等に開示されるように受信側の高速動作を行う場合には、ノイズ発生の影響が懸念されるため好ましくない。

かかる実情に鑑みて、本発明は、遠距離と近距離の検出を両立し、かつ近距離の分解能を向上させたレーダ装置及び物標検出方法を提供することを課題とする。

本発明に係るレーダ装置は、電波を用いて物標を検出するレーダ装置であって、第１パルス、並びに前記第１パルスよりも振幅及びパルス幅が大きい第２パルスを送信する送信部と、前記送信部が送信した前記第１パルス及び前記第２パルスの物標による反射波を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記反射波の反射波信号に基づいて前記物標を検出する検出部と、を備え、前記送信部は、前記第１パルスの立ち上がり時間が前記第２パルスの立ち上がり及び立ち下がり時間よりも小さくなるよう、前記第１パルス及び前記第２パルスの波形を形成し、且つ、立ち上がり時間が互いに異なる２つの原波形信号を形成するとともに、前記２つの原波形信号をずらして掛け合わせることで前記第１パルスの波形を形成する。

本発明によれば、遠距離と近距離の検出を両立し、近距離の分解能を向上させたレーダ装置及び物標検出方法を提供することができる。

本発明の一実施形態のレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図１のレーダ装置の送信部が送信するパルス波形を示す図である。 図２のレーダ装置の受信部が受信する第１パルスの反射波の波形を例示する図である。 図１のレーダ装置の送信部における第１パルスの波形信号の形成過程を示す図である。 図３の反射波信号の傾きの変化を示す図である。 図３とは異なる第１パルスの反射波の波形を例示する図である。 図７の反射波信号の傾きの変化を示す図である。 図１のレーダ装置における等価時間サンプリングを示す図である。 図１のレーダ装置により行われる本発明一実施形態の物標検出方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態のレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図１０のレーダ装置における反射波信号の角度及び距離毎の強度分布を例示する図である。 図１１の強度分布における角度ピークを示す図である。 図１０のレーダ装置における図１１及び１２より角度分解能が低いケースにおける角度及び距離毎の強度分布を例示する図である。 図１３の強度分布の距離毎角度ピークにおける第１パルスの反射波の波形を示す図である。 図１４の反射波信号距離毎の強度変化及び判定指標値を示す図である。 図１３の強度分布の距離毎角度ピークにおける角度差分値を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態のレーダ装置１の構成を示すブロック図である。

本実施形態のレーダ装置１は、電波を用いて物標を検出する装置である。レーダ装置１は、図２に示すような第１パルスＰ１、並びに第１パルスＰ１よりも振幅及びパルス幅が大きい第２パルスＰ２を、第１の間隔を有する第１のタイミングで繰り返し送信する送信部２と、送信部２が送信した第１パルス及び第２パルスの物標による反射波を受信する受信部３と、受信部３が受信した反射波信号に基づいて物標を検出する検出部４と、送信部２、受信部３及び検出部４を制御する制御部５と、を備える。

レーダ装置１において、第１パルスＰ１は、相対的に近距離に存在する物標を検出するために用いられ、第２パルスＰ２は、相対的に遠距離に存在する物標を検出するために用いられる。第１パルスＰ１は、分解能（複数の物標のレーダ装置１からの距離が近似している場合、典型的には複数の物標が互いに接近して存在する場合に、別々の物標として検出する能力）を向上できるよう比較的パルス幅が小さいパルスとされ、かつ、物標の反射波の受信強度が大きくなり受信系で飽和させないよう比較的振幅が小さいパルスとされる。一方、第２パルスＰ２は、遠方に存在する物標の存在を遠距離につき距離減衰が大きく受信強度が小さくなる中、高感度に検知するために、比較的振幅が大きく比較的パルス幅も大きいパルスとされる。

送信部２は、所定のキャリア周波数の局発信号を生成する発振部２１と、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の波形信号を形成する波形形成部２２と、発振部２１が生成した局発信号に波形形成部２２が形成した波形信号を掛け合わせて増幅するゲインコントロール部２３と、ゲインコントロール部２３から出力される信号を電波に変換して送出する送信アンテナ２４とを有する。

発振部２１は、周知の発振器を有する構成とすることができる。また、発振部２１は、制御部５の制御に応じて局発信号を生成するものとすることができる。

波形形成部２２は、第１パルスＰ１の立ち上がり時間が第２パルスＰ２の立ち上がり時間及び立ち下がり時間よりも小さくなるよう、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の波形を定める波形信号を形成する。また、波形形成部２２は、第１パルスＰ１の立ち上がりの傾きが第２パルスＰ２の立ち上がり及び立ち下がりの傾きよりも大きくなるよう、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の波形を定める波形信号を形成することが好ましい。なお、「立ち上がり時間」及び「立ち下がり時間」とは、値がピーク値の１０％から９０％まで増大する時間及びピーク値の９０％から１０％まで減少する時間を意味するものとする。また、立ち上がり（立ち下がり）の傾きとは、ピーク値の８０％（９０％－１０％）の値をピーク値の１０％から９０％まで増大（９０％から１０％まで減少）する時間で除した値（絶対値）を意味するものとする。

このように、第１パルスＰ１のパルス幅が比較的狭いことにより、レーダ装置１の近傍に存在する互いの距離の差が小さい複数の物標であっても、第１パルスＰ１が各々物標により反射した電波をレーダ装置で受信し、複数の物標として分離した電気信号とすることができる。さらに、第１パルスＰ１の立ち上がり時間を小さくすることによって、遠い方の物標に近い方の物標が埋もれて識別できなくなることを抑制できる。

また、送信電波の波形において、立ち上がり時間や立ち下がり時間を小さくすると、発振部２１から送信する電波の周波数帯域が広がりやすい。しかしながら、レーダ装置から最も近い距離にある物標の位置（最近接点）の正確な検出を目的として、比較的出力が小さい第１パルスＰ１についてのみ、また立ち上がり時間のみ、小さくすることによって、比較的周波数帯域の広がりを抑制できるので、周辺の機器に対する影響を抑制することができる。

波形形成部２２は、図４に示すように、立ち上がり時間が互いに異なる２つの原波形信号（立ち上がり時間が大きい第１原波形信号Ｕ１及び立ち上がり時間が小さい第２原波形信号Ｖ１）を形成する構成とすることができる。波形形成部２２は、立ち上がり時間が異なる２つの原波形信号Ｕ１，Ｖ１をずらして掛け合わせることで第１パルスＰ１の波形を定める波形信号Ｗ１を形成することができる。第１原波形信号Ｕ１のパルスに、第２波形信号のパルスの立ち上がりが重畳され、立ち下がりが重畳されないよう、第１原波形信号Ｕ１と第２原波形信号Ｖ１とをずらして掛け合わせることで、相対的に立ち上がり時間が小さく、立ち下がり時間が大きい第１パルスＰ１を生成するための波形信号Ｗ１を比較的容易に形成することができる。

第１原波形信号Ｕ１と第２原波形信号Ｖ１とをずらして掛け合わせることで第１パルスＰ１の波形信号Ｗ１を形成する場合、立ち上がり時間が大きい第１原波形信号Ｕ１のピークにおいて第１パルスＰ１の波形信号Ｗ１が有値（第２原波形信号Ｖ１が有値）となるよう２つの原波形信号Ｕ１，Ｖ１を掛け合わせることが好ましい。より好ましくは、立ち上がり時間が大きい第１原波形信号Ｕ１のピークにおいて第１パルスＰ１の波形信号Ｗ１が最大値となるよう２つの原波形信号Ｕ１，Ｖ１を掛け合わせることがより好ましい。これにより、立ち上がり時間が立ち下がり時間よりも小さい非対称な山形の波形信号Ｗ１を比較的正確且つ効率よく形成することができる。

また、波形形成部２２は、立ち上がり時間が大きい第１原波形信号Ｕ２と、少なくとも第１原波形信号Ｕ２が有値である間は最大値である立ち上がり時間が小さい第２原波形信号Ｖ２とを掛け合わせることで、相対的に立ち上がり時間及び立ち下がり時間が大きい第２パルスＰ２の波形信号Ｗ２を形成することができる。

立ち上がり時間が異なる２つの原波形信号Ｕ１／Ｖ１，Ｕ２／Ｖ２は、互いに時定数が異なる回路によって形成することができる。つまり、立ち上がり時間が小さい第１原波形信号Ｕ１，Ｕ２は、時定数が大きい回路から出力される山形乃至サイン波状のパルス信号とすることができ、立ち上がり時間が小さい第２原波形信号Ｖ１，Ｖ２は、時定数が小さい回路から出力される台形状のパルス信号とすることができる。これにより、時間制御の調整により、分解能の確保が最も必要とされる箇所、ここでは近傍用の振幅が小さくパルス幅も小さい波形信号Ｗ１と、これをもとに生成される送信用の第１パルスＰ１に急峻な立ち上がりを選択的に、比較的容易且つ正確に形成することができる。

ゲインコントロール部２３は、発振部２１が生成した局発信号を波形形成部２２が形成した波形信号に比例する増幅率で増幅することにより、送信アンテナ２４に供給する電力信号を形成する。ゲインコントロール部２３としては、周知の増幅回路を用いることができる。

送信アンテナ２４は、ゲインコントロール部２３から供給される第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の電力信号を電磁波として送出する。送信アンテナ２４としては、周知のアンテナを用いることができる。

受信部３は、電磁波を受信する受信アンテナ３１と、受信した電気信号を通過又は遮断できるマスク部３２と、マスク部３２を通過した電気信号をダウンコンバートするミキサ部３３と、マスク部３２を通過し、ミキサ部３３が抽出した強度信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部３４と、を有する。

受信アンテナ３１は、送信アンテナ２４が送信した第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の物標における反射波を受信して電気信号（反射波信号）とする。受信アンテナ３１としては、周知のアンテナを用いることができる。

マスク部３２は、第１パルスＰ１の反射波信号を限定時間、一定時間間隔で（第１パルスＰ１の反射波信号の一部を第２の間隔を有する第２のタイミングに同期して）通過させる。一方、マスク部３２は、第２パルスＰ２の反射波信号は全体的に通過させる。つまり、マスク部３２は、図８のゲイン設定信号に示すよう送信部２が第１パルスＰ１の送信を開始してから第２パルスＰ２の送信を開始するまで実質的な第１パルスＰ１の受信期間の間は、一定の時間間隔で限定時間だけ（第１パルスＰ１のパルス幅以下のマスク幅で）電気信号を通過し、第２パルスＰ２の送信を開始した後は連続して電気信号を通過（第２パルスＰ２の反射波信号を通過）させる。このようなマスク部３２は、受信アンテナ３１が受信した反射波による電気信号を通過するか遮断するかを選択することができるよう構成される。これにより、距離減衰の大きい遠距離では第２パルスＰ２を損失させないことで感度を確保しつつ、ＳＮが潤沢な近距離では第１パルスＰ１とマスク部３２の遮断動作によって後述のように分解能の確保が実現できる。

具体的には、マスク部３２は、受信アンテナ３１から出力される電気信号を増幅ないしアッテネートするゲインコントロール部３２１と、ゲインコントロール部３２１のゲインを設定する矩形波ないし台形状のゲイン設定信号を形成するゲイン設定部３２２とを有する構成とすることができる。ゲイン設定部３２２は、制御部５に制御されることで、送信部２の第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の送信に対して適切なタイミングでゲイン設定信号を形成する。また、制御部から直接の矩形波ないし台形状の高速な制御信号によってゲインコントロール部３２１を直接制御する構成も好ましい。

後述するＡＤ変換部３４は、第１パルスＰ１の強度の変化速度と比べて動作速度が十分に速くはない。また、このＡＤ変換部３４より前段のいずれか（例えば、ＡＤ変換部３４とミキサ部３３との間）にローパスフィルタを装荷する構成する場合がある。このため、第１パルスＰ１の反射波信号をそのまま通過させた場合、ローパスフィルタ等やＡＤ変換部３４の作用によって帯域制限を受け、立ち上がり信号がなまった状態の波形でデジタル変換を行うこととなる。すなわち、高速な立ち上がりによって分離されていた信号であってもこれら帯域制限によって波形がなまり、周辺時間の信号が平均化されることで分離困難となる場合がある。そこで、これら帯域制限をうける少なくとも前段階において、マスク部３２によって電気信号を時間について限定的に切り取ることで、マスク部３２によって分離された信号を選択することができる。これにより、特定時刻（すなわち特定距離）における第１パルスＰ１の反射波信号を、周辺の時間に存在する反射波信号（すなわち周辺に存在する物標に起因する反射波信号）の影響を低減してＡＤ変換部３４でデジタルデータに変換することができる。このように、マスク部３２における時間について限定的に切り取る動作を行なうことで、時間分解能、距離分解能を維持することができる。なおローパスフィルタ等の回路の介在により、マスク部３２からＡＤ変換部３４への信号伝送に遅延が存在する場合もあり、その際には図８で示したマスク部３２のゲイン設定信号とＡＤ変換部３４は絶対時間において同期するのではなく、遅延を考慮しＡＤ変換部での検出値が十分大きくなる、より好ましくは最大となるようマスク部３２のゲイン設定信号をオフセットさせた状態で同期させることが好ましい。これにより回路遅延があった場合においてもＳＮを大きくすることができる。

マスク部３２は、ＡＤ変換部３４と同期した上で、複数の第１パルスＰ１に対して信号通過タイミングを相対的にシフトするよう制御する。この様な場合、ＡＤ変換部の基本クロックに対して、繰り返し送信される送信パルスを相対的シフトさせることが好ましい。これにより、第１パルスＰ１の反射波信号の波形を各々相対的にシフトさせ異なるタイミングにおける信号をＡＤ変換部３４でデジタルデータに変換し、検出部４がこれらデジタルデータを組み合わせることで、第１パルスＰ１のＡＤ変換速度より低速なサンプリング信号をより詳細な時間波形、すなわち詳細な距離波形とする等価時間サンプリングを行うことができる。

マスク部３２のゲインの立ち上がり時間は、第１パルスＰ１の立ち上がり時間同等ないし以下であることが好ましく、またマスク部の限定通過ゲイン幅は第１パルスＰ１のパルス幅同等ないし以下であることが好ましい。ゲインの波形は矩形波状ないし台形状であることがより好ましい。このようにすることによって、サンプリングされる反射波信号の強度の誤差を低減することができる。送信側におけるパルス動作、および受信側におけるマスク動作、のいずれか低速で時間幅が広い方が分解能の低下を招く場合があるが、少なくともマスク部３２の動作は電磁波の放出に関わらないため、ゲインの立ち上がり立ち下がり時間やゲイン幅はこの周辺の機器への影響の低減した上で高速化、高分解能化をすることができる。すなわち同程度の分解能を得る場合、第１パルスＰ１の立ち上がり時間またパルス幅を、マスク部３２のゲインの立ち上がり立ち下がり時間またゲイン幅に対して同等ないし相対的に大きくすることによって、電磁波として放出される第１パルスＰ１の周波数帯域の広がりを抑制することができるので、周囲の機器に対する影響を抑制することができる。

ミキサ部３３は、発振部２１が生成した局発信号を用いて、マスク部３２を通過した信号からキャリア波の周波数成分を除去することで、反射波信号の強度変化を表すアナログ信号、つまり包絡波を抽出する。

ＡＤ変換部３４は、ミキサ部３３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して、検出部４に提供する。このＡＤ変換部３４は、周知のＡＤ変換器によって構成することができる。

検出部４は、ＡＤ変換部３４から入力されるデジタルデータを蓄積し、反射波信号の継時変化を解析することによって、送信部２が送信した第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２を反射した物標の位置を特定する（物標検出処理）。この検出部４は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、メモリ等を有する演算装置によって構成することができる。検出部４が反射波信号の継時変化を解析するための演算手順は、プログラムに記述されて記憶される。

以上のような構成によって得られる現象や検出された結果、演算の内容の具体例を示す。図３に、近傍領域に物標が１つだけ存在する場合と、近傍領域に２つの物標が存在し、遠い側の物標の方が大きい（電波を反射しやすい）場合の受信部３が受信する反射波信号の強度（振幅）の実測例を示す。図示するように、第１パルスＰ１の立ち上がり時間が短いことによって、レーダ装置１の近傍領域に存在する２つの物標のうち遠くにある物標による第１パルスＰ１の反射波信号の強度が大きい場合であっても、近くにある物標による反射波の波形のピーク近傍の傾きが小さい領域（ピーク近傍領域）が、遠くにある物標による反射波に覆い隠されにくくなる。これにより、レーダ装置１は、複数の物標を別々に検出することができるので、近距離の分解能を特に高くすることができる。

検出部４は、図３に例示するように、第１パルスＰ１の反射波信号の強度が所定の強度閾値Ｓａ以上であり、且つ図５（図３の受信波信号の強度変化、すなわち距離方向における傾きを示す図）に例示するように、第１パルスＰ１の反射波信号の傾きが０より大きい所定の第１傾き閾値Ｓｇ１以下となった場合に物標が存在すると判断することができる。図５において、受信波信号の傾きが第１傾き閾値Ｓｇ１以下となった距離位置（距離ビン：送信部２が第１パルスＰ１を送信してから受信部３が第１パルスＰ１の反射波を受信するまでの時間をレーダ装置１から物標までの距離に換算したもの）は、図３の反射波信号における近い方の物標による波形のピーク近傍領域の前部に対応する。

このように、第１傾き閾値Ｓｇ１を０より大きい値に設定することで、反射波信号がピークに到達する前のピークになっていない箇所に、物標の存在を検出することができる。反射波信号の近傍側は、急峻な立ち上がり波形を基本としている。またこの急峻さすなわち大きな傾きの喪失を物標の存在検知の判断とする。これらにより、反射波信号における近い方の物標による波形のピークが遠い方の物標による波形に覆われていても、近い方の物標による波形のピークの直前部分が遠い方の物標による波形に覆われていなければ、近い方の物標の存在を検知することができる。したがって、レーダ装置１は、最も近くに存在する物標をそれよりも遠くに存在する物標から分離し、より確実に検出することができる。

図６及び図７に、図３及び図５の２つの物標が存在する場合と２つの物標間の距離が図３及び図５よりもさらに小さい場合との反射波信号の強度の変化及び傾きの変化を示す。この場合、反射波信号の傾きと第１傾き閾値Ｓｇ１との関係では近い方の物標を確実に検出することはできない可能性がある。そこで、検出部４は、第１パルスＰ１の反射波信号の傾きが、所定の基準時間Ｔｓ以上継続して０より大きい所定の第２傾き閾値Ｓｇ２以下となった場合に物標が存在すると判断してもよい。ここで、基準時間Ｔｓは、等価サンプリングにおける時間間隔以上とされる。つまり、検出部４は、第１パルスＰ１の反射波信号の傾きが２回以上の所定回数（図７では２回）続けて所定の第２傾き閾値Ｓｇ２以下となった場合に物標が存在すると判断（この距離位置を物標が存在する点Ｘ０と判断）してもよい。この場合、第２傾き閾値Ｓｇ２は一度だけでもその値以下となった場合に物標が存在すると判断される第１傾き閾値Ｓｇ１よりも大きい値に設定される。

このように、反射波信号の傾きを継続して確認することによって、急峻な立ち上がりを基本とする波形に対して、この急峻さすなわち大きな傾きの喪失が継続している領域から物標を検知することができる。このため、反射波信号における近い方の物標による波形が、遠い方の物標による波形に覆われていても、近い方の物標による波形のピークの存在をより確実に推定することができる。

検出部４は、上述のように、第１パルスＰ１の反射波信号の傾きの第１傾き閾値Ｓｇ１又は第２傾き閾値Ｓｇ２との対比において物標が存在すると判断される点（図３、図６及び図７の距離位置Ｘ０）を基準として物標までの距離を算出（距離算出処理）してもよいが、第１パルスＰ１の反射波信号の強度が、物標が存在すると判断した点（点Ｘ０）での強度よりも所定の値ΔＲだけ小さい値となる、より近い側の補完点（図３及び図６の距離位置Ｘ１）を基準として、物標までの距離を算出してもよい。点Ｘ０では、距離に対する反射波信号の強度変化が小さいため、物標が存在すると判断した点Ｘ０と実際の距離位置との誤差が大きくなるおそれがある。このため、点Ｘ０での強度よりも、所定の値ΔＲだけ小さい値となる補完点Ｘ１を算出し、これを基準として距離算出処理を行うことによって、物標までの距離をより正確に算出することができる。

制御部５は、送信部２、受信部３及び検出部４の動作のタイミングを合わせ、検出部４において適切に物標を検出できるようにする。制御部５は例えば、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、メモリ等を有する演算装置によって構成することができ、その動作手順はプログラムに記述されて記憶される。制御部５は、通常は、検出部４と一体に構成される。つまり、検出部４と制御部５とは、機能上区別されるものであって、物理構成及びプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。

制御部５は、受信部３に反射波信号の等価時間サンプリングを適切に行わせるために、送信部２及び受信部３を制御する。つまり、制御部５は、送信部２に第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２を繰り返し送出させ、受信部３に第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の反射波信号を繰り返しに応じ相対的に異なるタイミングでＡＤ変換（サンプリング）させる。このように、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の反射波信号を異なる複数のフィールドにおいてサンプリングし、各々のフィールドのデジタルデータを組み合わせることによって、低速なＡＤ変換においても等価的により速い速度で第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の反射波信号をサンプリングでき、より詳細な時間波形情報、すなわち詳細な距離波形情報を得ることができる。

このような等価時間サンプリングを行う場合、そのための相対的なタイミングシフトにおいて、前記第２パルスのタイミングシフトに比べ前記第１パルスのタイミングシフトの間隔を細かくすることで、図８のように前記第１パルスによって取得される距離間隔を前記第２パルスによって取得される距離間隔より細かくとり、かつ同一距離による信号取得回数を前記第１パルスにくらべ前記第２パルスを多くするよう、前記第１パルスと前記第２パルスとの送信間隔のタイミングを相対的にずらすことができる。これにより、各フィールドにおいて繰り返し送信されるパルスにおいて、検出部４が第１パルスＰ１の反射波によって取得する距離間隔を細かくし波形を詳細に確認して近距離に存在する物標の分解能を向上すると共に、第２パルスＰ２の反射波によって取得する距離間隔を相対的に粗くしつつ、同一距離における信号をより多い回数確認することで、例えば複数の信号を積分ないし比較的多ポイントのＦＦＴ処理をすることによって第２パルスＰ２の反射波の強度が小さい場合にもノイズとの区別が容易となる。送信部２による第１パルスＰ１と第２パルスＰ２において、送信間隔をずらしながら繰り返し送信する、つまり前記第１のタイミングを相対的にずらすことによって、近距離の距離分解能、距離精度の向上と、遠距離の検出感度の向上とを両立することができる。

制御部５は、送信部２に、キャリア周波数が異なる２種類以上の第１パルスを送信させ、検出部４に２種類以上の第１パルスの反射波信号の複素振幅ベクトルの差分ないし位相差に基づいて物標を検出させてもよい。送信部２から送信されて物標において反射して受信部３において受信される反射波信号の位相は、物標の距離及びキャリア周波数に応じて変化する。一方、送信部２から送信されて直接受信部３に到達する伝搬距離がほぼゼロである受信信号の位相は、キャリア周波数によってはほぼ変化しない。このため、キャリア周波数が異なる２種類以上の第１パルスの受信は信号の複素振幅ベクトルの差分ないし位相差分を算出することによって、送信部２から直接受信部３に到達した成分を除去することができる。また、このような差分を算出することによって、物標由来ではないレーダの回り込み信号、搭載した設置環境における回り込み信号、送信部２から受信部３に回り込むノイズ成分に加え、送信パルスに対する高速制御や受信部における高速なマスク制御によって発生する付加的なノイズも除去することができる。このため、キャリア周波数が異なる２種類以上の第１パルスを用いることによって、ノイズを低減して物標の検出精度を向上することができる。なお、異なるキャリア周波数の第１パルスの種類数は少なくとも２つであって、３種類以上のキャリア周波数を段階的に用いても構わない。また、伝搬距離を厳密なゼロとせず、一方のキャリア周波数における反射波信号の複素振幅ベクトルを僅かに所定の伝搬距離分の位相回転させた上で上記差分値を取得しても構わない。

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置１は、立ち上がり時間が小さい第１パルスＰ１と、限定時間通過するマスク部３２とを用いることによって、近距離に存在する複数の物標を比較的高精度に分離して別々に検出することができる。このように近距離の分解能が高いレーダ装置１は、例えば自動車に搭載されて駐車時に周囲の障害物を確認する場合、最も近くに存在する物標を確実に検知することができるので、自動車を障害物に接触させることなく安全に駐車することを可能にできる。

以上に説明した図１のレーダ装置１が行う物標の検出方法は、それ自体が本発明の一実施形態に係る物標検出方法である。図１のレーダ装置１により行われる物標検出方法は、図９に示すように、第１パルスＰ１、並びに第１パルスよりも振幅及びパルス幅が大きい第２パルスを送信する工程（ステップＳ１：送信工程）と、送信工程で送信した第１パルス及び第２パルスの物標による反射波を受信する工程（ステップＳ２：受信工程）と、受信工程で受信した反射波の反射波信号に基づいて物標を検出する工程（ステップＳ３：検出工程）と、を備える。

本実施形態の物標検出方法では、送信する工程において、第１パルスＰ１の立ち上がり時間が第２パルスＰ２の立ち上がり及び立ち下がり時間よりも大きくなるよう、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の波形を形成する。このように、立ち上がり時間が小さい第１パルスＰ１を用いることによって、近距離に存在する複数の物標を比較的高精度に分離して別々に検出することができる。また、図１のレーダ装置１について説明した波形の形成方法や反射波信号の処理方法は、いずれも本実施形態の物標検出方法に採用し得る構成である。

続いて、本発明の第２実施形態のレーダ装置について説明する。図１０は、本発明の第２実施形態のレーダ装置１Ａの構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置１Ａは、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２を送信する送信部２Ａと、送信部２Ａが送信した第１パルス及び第２パルスの物標による反射波を受信する受信部３Ａと、受信部３Ａが受信した反射波信号に基づいて物標を検出する検出部４Ａと、送信部２、受信部Ａ３及び検出部４Ａを制御する制御部５Ａと、を備える。図１０のレーダ装置１Ａの説明において、図１のレーダ装置１と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

送信部２Ａは、キャリア周波数の局発信号を生成する発振部２１と、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２の波形信号を形成する波形形成部２２と、発振部２１が生成した局発信号に波形形成部２２が形成した波形信号を掛け合わせるゲインコントロール部２３と、ゲインコントロール部２３から出力される信号を電波として送出する複数の送信アンテナ２４と、複数の送信アンテナ２４のいずれか１つを選択する送信選択部２５と、を備える。つまり、送信部２Ａは、複数の送信チャンネルを有する。

送信選択部２５は、制御部５Ａに従って、いずれか１つの送信アンテナ２４のみにゲインコントロール部２３から出力される信号が伝達されるよう電路を切り替える周知のセレクタにより構成することができる。

受信部３は、電磁波を受信して電気信号に変換する複数の受信アンテナ３１と、複数の受信アンテナのうちいずれか１つを選択する受信選択部３５と、受信選択部３５が選択した受信アンテナ３１の電気信号を通過又は遮断できるマスク部３２と、マスク部３２を通過した電気信号から振幅成分を抽出するミキサ部３３と、ミキサ部３３が抽出した信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部３４と、を有する。つまり、受信部３Ａは、複数の受信チャンネルを有する。

受信選択部３５は、制御部５Ａに従って、いずれか１つの受信アンテナ３１の信号のみをマスク部３２を介してミキサ部３３に供給するよう電路を切り替える周知のセレクタにより構成することができる。

検出部４Ａは、前述の複数のチャンネルにおける第１パルスＰ１の反射波信号を各々距離ごとに角度演算処理を行うことにより、角度（角度ビン）及び距離（距離ビン）における強度情報を算出することができる（角度計測処理）。この強度情報データを角度位置及び距離位置を横軸及び縦軸としてマッピングしたものを図１１に例示する。ここでは角度演算処理により複数のチャンネルの信号を合成することで、複数チャンネル信号各々のノイズがランダムであるのに対して、反射波信号は物標の存在する方向に対してコヒーレントであるため、角度ピーク方向において積分効果が得られている。この合成信号自体に対して、図１１に矢印で示すように角度毎に、前述した図５や図７と同様の距離に対する強度変化に基づいて物標を検出することが可能である。これにより、物標に方位情報を有し、かつ前述のように距離において高い分解能で物標の位置を検出することができる。

また、図１１のような全ての角度ビンにおける距離軸処理ではなく、角度演算処理によって取得した角度ピークに対してのみ前述のような距離軸処理を行ってもよい。具体的には図１２に示すように、角度軸によるピーク検出を行った結果、その後各距離軸にける角度ピーク振幅をつなぎ合わせ距離振幅情報とする。また図１１及び１２のように複数の物標が存在するケースにおいて、複数のピークとして物標を分離できた場合、同一物標からの反射波信号と想定される比較的角度ピークが近い距離ごとの振幅をつなぎ合わせ、複数の距離振幅情報とする。これにより、物標に方位情報を有し、方位情報における複数物標の分離を実現し、前述のように距離において高い分解能での検出を実現すことが可能となる。図１１では潤沢な情報をもつことが可能な一方、図１２では角度ピークのみの取り扱いにより演算負荷を低減することができる。

次に図１３は、図１１よりもアンテナのチャンネル数が少なく角度分解能が低いケースを示している。この場合は、複数の物標が存在していたとしても、図１２のように角度軸において２つのピークとして分離することが困難である場合がある。このような状況においても、角度ピークにおける振幅距離情報の取得によって距離における高い分解能による検出を実現することができる。

具体的には、検出部４Ａは、図１３に加えて示すように、距離毎に反射波信号の強度が最大となる角度を特定（距離位置毎に最大強度を抽出）する。図１５に、抽出した最大強度の距離に対する変化を示す。最大強度の抽出は、図１４に図示するように、距離毎角度ピークにおける反射波信号の強度が強度閾値Ｓａ以上であるものだけを抽出してもよい。図１５は、図１４の反射波信号における強度変化を図５や図７と同様に示したものであるがこの場合、図６よりも２つの物標同士の距離がさらに小さく、前述の処理のみ、つまり単純に距離ビン間での強度変化（傾き）を算出するだけではその値（補正前の強度変化）が検出閾値に達しておらず検出が困難な状況である。ここで角度演算処理に基づいて得られた角度情報を利用する。図１６では距離ごとにおける角度ピークとなる角度値の差分の絶対値を示す。特定距離において図１３のマップ、図１６においても角度値が急峻に変化することが確認され、特に図１６のような角度差分（角度の傾き）は定量値として抽出することができる。なお、通常角度演算処理は物標の存在角度について、種々の校正を含めて段階的に算出する場合がある。その際、ここで利用した角度値は最終的な検出角度でなく、角度演算結果における中間情報である角度に関するインデックス値の差分であっても構わない。

そして、検出部４Ａは、図１５に示すように、前述の図１６のような最大強度となる角度（ピーク角度）の距離ビン間での変化量（傾き）に一定の係数を乗じた値を、最大強度の傾きから減じた判定指標値（補正後の強度変化）を算出する。検出部４Ａは、この判定指標値が所定の第３傾き閾値Ｓｇ３以下となった場合に、物標が存在すると判断することができる。また、図７と同様に、判定指標値が複数の距離ビン間で連続して所定の閾値以下となった場合に物標が存在すると判断（この時間位置を点Ｘ０と判断）してもよい。角度の変化量を利用することで従来検出が困難であった物標をより確実に検出することができる。なお、ここでの角度の変化量の作用のさせ方は上記の手段だけに限定されるものではない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、本発明において、第１パルスは、少なくとも立ち上がり時間が小さければよく、立ち下がり時間も立ち上がり時間と同様に小さい波形を有してもよい。具体的には、第１パルスは、矩形波状又は台形状の波形を有していてもよい。また、第２パルスは、比較的パルス幅が大きいもの、例えばパルス幅が第１パルスの１０倍以上のオーダでありでキャリア周波数が連続的に変化する周波数変調連続波等であってもよい。

本発明に係るレーダ装置において、送信部は、上述のような第１パルス及び第２パルスを送出できるものであれば、上述の実施形態の構成とは異なるものであってもよい。具体例として、局発信号を増幅して対称な電力信号形成し、この電力信号をゲインが時間とともに変化する増幅器で増幅することによって立ち上がり時間が小さい第１パルスの電力信号を形成してもよい。また、上述の実施形態の立ち上がり時間が小さい波形信号を形成する場合においても、波形信号の形成方法は任意である。

本発明に係るレーダ装置において、図８では、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２との送信間隔は、一度マスク部の信号通過タイミングのシフト量だけずらした後に、元の送信間隔に戻されており、第２パルスの反射波を同じタイミングで２回ずつＡＤ変換しているが、第２パルスの反射波を同じタイミングで３回以上の一定回数ずつＡＤ変換するよう送信間隔をずらしてもよい。

本発明に係るレーダ装置において、角度計測処理を行うことで取得した１つ以上の角度ピークに対して、距離方向における各々ピーク振幅の傾きに基づいて物標検出処理を実施してもよいが、距離方向における各々ピーク振幅の傾きと各々ピーク角度の傾きとに基づいて物標検出処理を実施してもよい。

１，１Ａ レーダ装置
２，２Ａ 送信部
３，３Ａ 受信部
４，４Ａ 検出部
５，５Ａ 制御部
２１ 発振部
２２ 波形形成部
２３ ゲインコントロール部
２４ 送信アンテナ
２５ 送信選択部
３１ 受信アンテナ
３２ マスク部
３３ ミキサ部
３４ ＡＤ変換部
３５ 受信選択部
３２１ ゲインコントロール部
３２２ ゲイン設定部

Claims (2)

1. 電波を用いて物標を検出するレーダ装置であって、
   第１パルス、並びに前記第１パルスよりも振幅及びパルス幅が大きい第２パルスを送信する送信部と、
   前記送信部が送信した前記第１パルス及び前記第２パルスの物標による反射波を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した前記反射波の反射波信号に基づいて前記物標を検出する検出部と、
   を備え、
   前記送信部は、前記第１パルスの立ち上がり時間が前記第２パルスの立ち上がり及び立ち下がり時間よりも小さくなるよう、前記第１パルス及び前記第２パルスの波形を形成し、且つ、立ち上がり時間が互いに異なる２つの原波形信号を形成するとともに、前記２つの原波形信号をずらして掛け合わせることで前記第１パルスの波形を形成する、レーダ装置。
2. 前記送信部は、立ち上がり時間が大きい方の前記原波形信号のピークにおいて前記第１パルスが有値となるよう前記２つの原波形信号を掛け合わせる、請求項１に記載のレーダ装置。

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